Aufspulen von Filamentgarnen mit hohen

LENZINGER
Folge 42
Aufspulen von Filamentgarnen
Geschwindigkeiten
mit
hohen
Dr. Karl B a u e r
Barmag, Barmer Maschinenfabrik-Aktiengesellschaft,
Remscheid-L,ennep
Hohe Spulgeschwindigkeiten
werden beim Schnellspinnen
und Spinnstrecken
von Filamentgarnen
für textile Einsatzzwecke angewandt. Zunächst werden charakteristische
Merkmale dieser Verfahren besprochen und danach einige
Besonderheiten
von Spulköpfen.
die für diese Einsatzgebiete entwickelt wurden. beschrieben.
High winding Speeds are used for high-Speed-spinning
and
spin-draw-winding
of filament yarns for textile applications. A discussion of the characteristics of these processes
is followed by a description of some special features of
the winding heads which were developed for these applications.
1. Definition
der Hochgeschwindigkeitsspinnverfahren
Beim Spinnen von Filamentgarnen
unterscheidet
je nach Verfahren
und Geschwindigkeitsbereich
Begriffe, die in Tabelle 1 aufgezählt
sind.
BERICHTE
Jänner 1977
”
bei der dabei erfolgenden
Orientierung
ohne besondere Streckeinrichtungen
einen Zustand
erreicht,
in
dem er als fertiger
Faden weiterverarbeitet
werden
kann.
Der Wunsch, durch einfaches Streckspinnen
einen fertigen Faden herzustellen,
besteht schon sehr lange,
und man hat während
vieler Jahre der Entwicklung
immer wieder gedacht, man stünde kurz vor dem Ziel
und müßte die Geschwindigkeit
nur noch ein wenig
anheben,
um die gewünschte
hohe Festigkeit
und
niedrige
Dehnung
zu erreichen.
War man aber bei
dieser höheren Geschwindigkeit
angelangt, stellte sich
heraus, daß die Dehnung
nllch nicht genügend
verringert war und man das Niveau der Geschwindigkeit
noch etwas anheben mußte
Erst in der Nähe von
6000 m/min
Spinngeschwindigkeit,
also durch Superschnellspinnen,
können (unter normalen Bedingungen)
Fäden hergestellt
werden,
die für spezielle Einsatzgebiete als fertige
Fäden wetterverarbeitet
werden
können.
Polyamidfäden
Polyesterfäden
haben eine geringere
Dehnung
bei gleicher Spinngeschwindigkeit.
*
l
als
Sollen auf der Spinnmaschine
direkt
fertige
glatte
Fäden für die verschiedenen
textilen
Einsatzgebiete
hergestellt
werden, so verstreckt
man sie mittels Galetten
und spricht
von Spi.nnstrecken.
Durch Verstrecken mittels Galetten - die häufig auch beheizt
sind kann man die Eigenschaften
der Fäden in
bezug
auf Orientierung,
Kristallisation,
Dehnung,
man
die
Wir sprechen von Langsamspinnen,
wenn die Aufspulgeschwindigkeit
nicht höher als etwa 1800 m/min
ist und wenn der Faden aus der Spinndüse kommend
nicht durch besondere Vorrichtungen
verstreckt
wird,
sondern in seinem ,,Naturzustand“
aufgespult
wird.
Spinnen mit Spulgeschwindigkeiten
von 1800 bis 3000
m’min bezeichnet man als Mittelgeschwindigkeitsspinnen, das von 3000 bis 4000 m/min
als Schnellspinnen
und das von 4000 bis 6000 m/min als Superschnellspinnen. Je höher die Spinngeschwindigkeit
ist, desto
höher sind Orientierung
und Festigkeit
des Fadens
und desto geringer ist die Dehnung.
.
Mit dem Ausdruck
,,Streckspinnen“
bezeichnet
man
eine Variante
des Schnellspinnens
- ein Verfahren,
bei dem der Faden so schnell gesponnen wird, daß er
Tabelle 1: Geschwindigkeitsbereiche
strecken
Verfahren
bei Spinnen
Geschwindigkeit
mlmin
und Spinn-
Kurzbezeichnung
bis 1800
LSS
Mittelgeschwindigkeitsspinnen
1800-3000
MSS
Schnellspinnen
3000-4000
HSS
Superschnellspinner!
4000-6000
SHSS
Langsamspinnen
Spinnstrecken
bis 4000
SDW
Schnellspinnstrecken
um 6000
HSDW
Spinnstrecktexturieren
(z B. für Teppichgarn)
98
bis ca. 4000
SDT
Abb. 1:
Fadenlauf in Spinnmaschinen
streckmaschinen (b)
(a) und in Spinn-
N
LENZINGER
Jänner 1977
c
Festigkeit
und
Weiterverarbeitung
Sehrumpf
den
anpassen.
Erfordernissen
BERICHTE
Folge 42
der
Spinnt man hierbei mit Schnellspinngeschwindigkeit,
also mit 3000 bis 4000 m/min,
und verstreckt
anschließend die Fäden in einem Arbeitsgang,
so müssen
diese mit Geschwindigkeiten
von 5500 bis 6000 m/min
aufgespult
werden, und man spricht vom Schnellspinnstrecken.
Wird nach dem Spinnstrecken
im gleichen Arbeitsgang
ein texturierter
Faden erzeugt, so bezeichnet man das
Verfahren
als Spinnstrecktexturieren.
Abbildung
1 zeigt Beispiele
für den Fadenlauf
in
Spinn- und Spinnstreckmaschinen.
Bei Spinnmaschinen mit Gazetten werden die Fäden durch Galetten
von den Spinndüsen
abgezogen und über die Präparationseinrichtung
mit konstanter
Geschwindigkeit
den
Spulköpfen
zugeliefert.
Durch
Einstellung
des Gezwischen
Galette
und
schwindigkeitsverhältnisses
Spulkopf kann dann die Fadenspannung
vor dem Aufspulen auf ‘einfache Weise eingestellt
werden.
Bei gaZettenlosen
Spinnmaschinen
laufen die Fäden
von den Spinndüsen
über die Präparationseinrichtung
direkt zum Spulkopf, das heißt, der Spulkopf bestimmt
Abzugsund Aufspulgeschwindigkeit.
Diese Ausführung wird in den letzten Jahren zunehmend
gewählt,
um die Kosten für die Galetten zu sparen, die Bedienung zu vereinfachen
und die Fadenbruchzahlen
zu
verringern.
Die Spulköpfe
sollten dann eine Abfallwicklung
legen
können - denn im ersten Moment des Aufspulens
auf
der leeren Hülse ist der Fadentiter
noch nicht korrekt,
weil der Faden durch den Anlegeinjektor
nicht mit
definierter
Geschwindigkeit
von der Spinndüse
abgezogen wird.
Bei galettenlosen
nahmen ergreifen,
schacht bis; zur
Niveau zu halten,
auch der Spulkopf
nung des Fadens
beeinflussen.
Spinnmaschinen
sollte man Maßum die Fadenspannung
vom SpinnAufwicklung
auf einem niedrigen
und es wäre wünschenswert,
wenn
die Möglichkeit
böte, die Spanunmittelbar
vor dem Aufspulen
zu
Spinnstreckmaschinen
haben Galetten
zum Verstrekken der Friden. Die Galetten
werden mehrfach
umschlungen, und es ist auf einfache Weise möglich, die
Spannung des zum Spulkopf
laufenden
Fadens einzustellen. Das gleiche trifft
auch für die Spinnstrecktexturiermaschinen
zu.
Abb. 2:
Dehnbarkeit von Polyesterfilament
keit von der Spinngeschwindigkeit
in Abhängig-
im Simultanverfahren
und weisen gute Lagerfähigkeit
auf.
Bei
Geschwindigkeiten
um oder
über
4000 m/min
beobachtet mar eine noch bessere Lagerfähigkeit
und beim Texturieren
einfachere Bedienung,
verringerte
Querschnittsdeformation,
verbesserten
tfberlauf
der Fadenreserven
usw.
Bei 6000 m/min
erreicht
man im vorliegenden
Fall
eine Verstreckung
von ca. 1. : 1,15 bzw. ca. 15 “10. Die
Größe der Verstreckung
kann im Einzelfall
von der
hier gezeigten Kurve je nach Filamenttiter,
LösungsViskosität
des Polymeren
3der Einsatzgebiet
(z. B.
Verstreckung
in der Streckzwirnmaschine,
der Falschzwirnmaschine
usw.) etwas abweichen.
Sie sehen, daß sich diese Kurve
mit zunehmender
Geschwindigkeit
dem Streckverhältnis
1 : 1 asymptotisch nähert,
ohne dies bei 6000 m/min
erreicht
zu
haben. Schnellgesponnene
Filamentgarne
haben also
auch bei einer Spinngeschwindigkeit
von 6000 m/min
noch nicht die niedrige
Dehnung
von verstreckten
Garnen, die üblicherweise
beim Simultanstrecktexturieren das Streckverhältnis
1 : 1 haben.
Modifikationen
wurden,
um
wirken sich
sicher“ Und
richtungen,
schaften mit
im Spinnprozeß,
die vorgeschlagen
die Lage der Asymptote
zu verändern,
empfindlich
aus,. Sie sind teurer, weniger
universell
einst tzbar als Spinnstreckeinmit denen die gewünschten
GarneigenSicherheit
erzielt werden können.
Abbildung
3 zeigt die Produktionsmenge
keit
von der Spinngeschwindigkeit.
wurde dimensionslos
gezeicmet,
damit
in AbhängigDie Ordinate
sie vom Titer
Hier muß allerdings
häufig mit besonders niedrigen
Aufspulspannungen
gearbeitet
werden,
und es müssen besonders weiche Spulen hergestellt
werden, damit
die Fadenk.räuselung
in der Spule auch bei längerer
Lagerzeit
nicht Schaden leidet und eine gute Spulenform erhalten bleibt.
Welche Vorteile
bieten die neuen Hochgeschwindigkeitsspinnverfahren
im Vergleich
zu den früher üblichen langsamen Verfahren?
2. Das Schnellspinnen
Abbildung
2 zeigt die Abhängigkeit
der Verstreckung
von Polyesterfilamentgarn,
die in der Falschzwirnmaschine eingestellt
wird, von der Spimigeschwindigkeit. Filamentgarne,
die mit Geschwindigkeiten
über
3000 m/min
hergestellt
werden, eignen sich aus vielerlei Gründen besonders gut für das Strecktexturieren
Abb. 3:
Produktionsmenge
v>n Polyesterfilament
hängigkeit von der LIpinngeschwindigkeit
in Ab-
99
LENZINGER
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BERICHTE
unabhängig
ist. Wir sehen, daß eine Geschwindigkeitssteigerung
über 4000 m’min
neben der Qualitätsverbesserung
einen deutlichen Produktionszuwachs
liefert.
3. Spinnstrecken
Zusammenfassend
kann
0
aus Gründen
0
aus Gründen erhöhter
ter Wirtschaftlichkeit
lohnt, sich
befassen.
der
mit
man
feststellen,
verbesserten
hohen
4. Anforderungen
Produktion
Fadenqualität
und
Der Anpreßdruck
der Spule gegen die Reibwalze
sollte einstellbar
sein. Fadenreserven
und gegebenenfalls Abfallwindungen
müssen automatisch
auf
die Hülsen gewickelt
werden können.
0
Die Spulknöpfe
sollen wenig Platz benötigen,
damit sie in dichtgedrängter
Anordnung
möglichst
mehretagig
in der Spinnmaschine
untergebracht
werden können.
0
Der Fadenlauf
soll einfach und übersichtlich
und sich während
der Spulreise
möglichst
ändern.
0
Die Bedienung
soll einfach sein, das heißt, das
Wechseln der Spulen soll nur wenig Zeit in Anspruch nehmen, damit die Kosten für Bedienung
und Abfall
niedrig
bleiben.
Der Spulkopf
soll in
bezug auf die Spulhülsen
möglichst
anspruchslos
sein, damit je nach Einsatzgebiet
billige Einwegoder Mehrweghülsen
eingesetzt werden können.
0
Schließlich
erwartet
man
Betriebssicherheit
hinsichtlich
wie Wartungsfreundlichkeit
teilbedarf.
0
Der Geräuschpegel
zu
an Hochgeschwindigkeitsspulköpfe
die an moderne
Hochgestellt
werden,
sind in
1. konstante
Aufspulgeschwindigkeit
2. konstante
Fadenspannung
über die Spulreise
3. konstante
Fadenspannung
über den Changierhub
4. einstellbare
Fadenspannungshöhe
5. groAe Spulenabmessungen
8. einstellbarer
9. einfache
0
sowie verbesser-
Tabelle 2: Anforderungen an Hochgeschwindigkeitsspulköpfe
8. konstanter
Große Spulenabmessungen
erreicht werden können.
daß es sich
Aufspulgeschwindigkeiten
Einige
der Anforderungen,
geschwindigkeitsspulköpfe
Tabelle 2 zusammengestellt.
7. geringer
0
und Schnellspinnstrecken
Beides ist vor allem
zur Herstellung
von glatten
Fäden interessant,
um die früher getrennt
geführten
Prozesse
zwecks
Kostensenkung
zusammenzufassen
bzw. die Produktion
zu steigern. Hier ist die Produktionszunahrne
der Größe der Auslaufgeschwindigkeit
proportional.
Anpreßdruck
Platzbedarf
Jänner 1977
und
-gewichte
müssen
.
sein
nicht
vom
Spulkopf
noch
Unfallverhütung
sound geringen
Ersatz-
soll möglichst
niedrig
sein.
Die Erfahrung
hat gezeigt, da0 alle diese Anforderungen am einfachsten
und am besten durch Spulmaschinen mit
Friktionsantrieb
erfüllt
werden
können.
Deshalb
hat die Barmag
fiu
dieses Einsatzgebiet
eine Reihe von Spulköpfen
entwickelt,
die zwar nach
dem gleichen Grundprinzip
arbeiten
und verwandte
Teile enthalten,
die aber in verschiedenen
Ausführungen eingesetzt
werden können.
Abbildung
4 zeigt eine Schnellspulmaschine
für das
Aufspulen
von acht Fäden in einer Teilung
von
700 mm. Diese acht Fäden kommen
aus einem ge-
Fadenlauf
Bedienung
1C. Betriebssicherheit
11. niedriger
Geräuschpegel
0
Wir wünschen eine konstante Aufspulgeschwindigkeit, weil
auch die Zuliefergeschwindigkeit
des
Fadens konstant ist bzw. weil der Titer des Fadens
konstant, gehalten werden muß.
0
Die Fadenspannung
soll während
der gesamten
Spulreise
wegen der gleichmäßigen
Fadenqualität
konstant, sein. Während
der ersten Sekunden
der
Spulreise,
wenn der Faden gerade auf die Leerhülse aufgewickelt
wird, können Sonderbedingungen gelten.
0
Die Fadenspannung
über dem Changierhub
soll
möglichst
konstant
sein, damit die Spule über die
gesamte
Länge
möglichst
den gleichen
Durchmesser und die gleiche Härte erhält.
0
Niedrige
oder hohe Aufspulspannungen
sollen bei
gutem Spulenaufbau
möglich sein, damit je nach
Faden und gewünschter
Spulenqualität
in bezug
auf Transportsicherheit
usw. stets eine optimale
Spulenqualität
erzielt werden kann.
100
b--LAbb. 4:
Schnellspylmaschinen
für
mit Spulkopf SW4SSD
das Achtfachspinnen
m
LENZINGER
Jänner 1977
BERICHTE
Folge 42
P
meinsamen
Spinnschacht,
laufen
nebeneinader
über
die Präparationseinrichtung
und werden
jeweils
zu
vieren auf einen Spulkopf
der Type SW4SSD aufgespult.
Auf jedem
Spannfutter
werden
also vier
Spulen a 6 kg Gewicht
hergestellt.
Die Maximalgeschwindigkeit
dieser Spulmaschine
beträgt 6000 m/min.
DURCH
______
FRIKTION
UBERTRAGBARE
LEISTUNG
------------
---_
Sobald
die Spulen
den gewünschten
Durchmesser
erreicht
haben, übernimmt
der Bedienungsmann
die
kontinuierlich
zulaufenden
Fäden in den Absauginjektor, nimmt die Vollspulen
ab, steckt die Leerhülsen
auf
und legt die Fäden neu an das Spannfutter
an. Abfallwindungen
und Fadenreserve
werden automatisch
gelegt, und die neue Spulreise kann beginnen.
Wir sehen hier den geringen
Platzbedarf
derartiger
Spulköpfe in einer Spinnmaschine
und die Möglichkeit,
die Spulköpfe
mehretagig
anzuordnen.
Die nächste Abbildung
(Abb. 5) zeigt den Aufspulteil
einer Spinnstrecktexturiermaschine
der Type FE 25
mit vollautomatischen
Spulköpfen
vom Typ SW4R2.
Hier kommen
aus dem Spinnschacht
zwei Fäden im
Titerbereich
von ca. 1000 bis 2000 dtex.
Die Fäden werden zunächst durch Galetten verstreckt,
dann texturiert
und auf einen Spulkopf, der auf seinem
Spannfutter
zwei einzelne Hülsen trägt, nebeneinander aufgespult.
Ist der gewünschte Spulendurchmesser
erreicht,
so werden
die Spulen vollautomatisch
gewechselt. Hier ist die kompakte
Anordnung
weniger
entscheiden.d,
vielmehr
dagegen
ein automatischer,
betriebssicherer
und abfallfreier
Spulenwechsel,
weil
die Laufzeiten
einer Spule oft nur ca. 10 Minuten
betragen
t
‘85
Abb. 6:
SPULEN 6360
Antriebsleistung
gramm)
über
Spulendurchmesser
(Dia-
Durch Versuche wurde aber festgestellt,
daß die gefürchtete
Walkarbeit
in den Spulen weit geringer
ist
als angenommen
und daß sich der Friktionsantrieb
der Spulen gerade für höhere Spulgeschwindigkeiten
hervorragend
eignet.
Abbildung
6 zeigt als Beispiel
das Diagramm
der
Antriebsleistung,
die von der Treibwalze
während
der Spulreise
aufgebracht
werden muß. Wir stellen
fest, daß es während
der gesamten Spulreise
keine
kritische
Phase gibt, in der der sichere Antrieb
in
Frage gestellt ist. Das rechn’erisch ermittelte
Antriebsmoment zwischen Spule und Treibwalze
ist deutlich
größer
als das benötigte
experimentell
ermittelte
Moment.
Aus Messungen geht hervor. daß der Schlupf zwischen
Spulenoberfläche
und Treibwalzenoberfläche
bei normalen Produktionsbedingungen
kleiner
als 0,l “/u ist,
sodaß er also für den praktischen
Betrieb keine Rolle
spielt.
5. 2. Massearme
Changierun’g
erlaubt hohe Changiergeschwindigkeit
bei geringem Verschleiß.
i
Abb. 5:
A.ufspulteil
5. Einige
köpfen
technische
5. 1. Der Antrieb
einer Spinnstrecktexturiermaschine
Besonderheiten
von
Die Realisierung
hoher Spulgeschwindigkeiten
wurde
erst möglich, als eine Chan,giereinrichtung
entwickelt
war, mit der hohe Doppelhubzahlen
bei geringem
Verschleiß
des Fadenführers
und
bei niedrigem
Lärmpegel
erzielt
werden
konnte.
Im Zuge dieser
Arbeiten
wurde ein Fadenführer
entwickelt
(Abb. 7)
der weniger als 1 g wiegt.
!Schnellspul-
der Schnellspulköpfe
Als man sich vor über acht Jahren entschloß, Spulmaschinen für den Geschwindigkeitsbereich
von etwa
4000 m/min. zu entwickeln,
war durchaus nicht klar,
ob für diesen Einsatzfall
der Friktionsantrieb
geeignet
sei. In Veroffentlichungen
wurde zu dieser Zeit auch
die Auffassung
vertreten,
die Walkarbeit
in den Spulen wäre bei solchen Geschwindigkeiten
so groß, daß
man durch Friktion
die notwendige
Antriebsleistung
nicht auf die Spule übertragen
könne.
Abb. 7:
Changierfadenführer
SW-IS
101
LENZINGER
Folge 42
BERICHTE
Jänner 1977
JOR DER UMKEHR
.4hh. 9:
Zusammenspiel
und Nutwalze
zwisch Sn
Changierfadenführei
w
Nutwalze
und bis in deren IJmkehrbögen
hineinzuführen.
Danach gelangt
der Faden in die Nut der
Nutwalze,
die ihn dann mit sehr kurzer Schlepplänge
auf die Spule übergibt.
Hierdurch
werden besonders
kleine
Ablageradien
dea Fadens
am Hubende
erreicht (Abb. 10).
-ibh. 8.
Bewegung
bereich
des SWG-Fadenftihrcrs
im Umkthi.-
In den aus Kunststoff
gespritzten Körper dieses Fadenführers
ist ein verschleißfestes
Sinterkeramikstück
eingesetzt, durch das der Faden gleitet. Da der Fadenführer
aus einem Stück besteht,
muß er während
eines Doppelhubs
in der Nut der Kehrgewindewelle
kippen, wie dies auch in Abbildung
8 zu sehen ist.
Auf diese Weise vermeidet
mal übermäßige
Materialanhäufungen
am Spulenende,
die Härte der Spule
über die Länge ist besonders gleichmäßig,
und der
Aufbau
der Stirnfläche
der Spule wird
besonders
stabil. Bei großen Umkehrradien
dagegen besteht die
Gefahr, daß sich bei Beriihrung,
während
des Transports usw. die Fäden nicht halten können, sondern
abgleiten
und Abschläger
oder Spannfäden
bilden.
Hierdurch
ist es auch möglich,
bei verschiedenen
Filamenttitern
und Spinnpräparationen
einen optimalen Spulenaufbau
zu erzielen.
KLEINER
ABLEGER4DIUS
Im oberen Tei.1 sehen Sie den Fadenführer
mit Faden,
wie er sich nach rechts bewegt. Im mittleren
Teil der
Abbildung
ist die Phase dargestellt,
in der sich der
Fadenführer
genau im Umkehrpunkt
befindet;
das
Keramikstück
liegt horizontal,
Im unteren
Teil des
Bildes sehen wir die Phase, in der sich der Fadenführer nach links bewegt und entsprechend
der Steigung der Kehrgewindewellennut
gekippt ist.
Durch solche :massearmen, verschleißfesten
rer ist es möglich, Changiergeschwindigkeiten
900 m/min
im Dauerbetrieb
zu erzielen.
Fadenfühbis zu
Damit
der Faden mit möglichst
kleinem
Umkehrradius auf die Spule abgelegt wird - kleiner, als dies
durch jeden mechanischen Fadenführer
möglich wäre -,
wurde als Besonderheit
die Kombination
des Changierfadenführers
mit einer nachgeschalteten
Nutwalze
entwickelt.
Diese Nutwalze
wurde
auf Grund
von
Erfahrungen
konstruiert,
die bereits
früher
mit
Schlitztrommeln
gesammelt
worden waren.
Aus Abbildung
9 geht hervor, daß der Changierfadenführer
eine Vorchangierung
zur Nutwalze
darstellt,
um den Faden sicher über die Kreuzungspunkte
der
102
Abb. 10: Ablage des Fadens am Spulenrand
Weil der Fadenführer
in de:- Umkehrung
von der
Nutwalze
geführt
wird, kann er selbst mit großem
Umkehrbogen,
das heißt mit k:.einen Beschleunigungskräften,
bewegt werden, wodurch sehr hohe Doppelhubzahlen
mit großer Sicherheit
im Dauerbetrieb
erreicht werden
können. Der Instandhaltungsaufwand
ebenso wie der Lärm ist gerir.g, und es war möglich,
die Maximalgeschwindigkeit
cles Spulkopfes
bei Bedarf von 4000 auf 6000 m/min
zu erhöhen, ohne das
Changierprinzip
ändern zu miissen.
i,
Jifnner 1977
LENZINGER BERICHTE
Folge 42
5.4. Die Voreilung der Nutwalze ergibt eine niedrige
Aufapulspannung.
Die Nutwalze kann auch dazu benutzt werden, die
Spannung des Fadens zu beeinflussen, mit der er auf
die Spule abgelegt wird; Wie aus Abbildung 12 hervorgeht, kann die Umfangsgeschwindigkeit der Nutwalze unabhangig von der Fadengeschwindigkeit eingestellt werden. bt die Umfangsgeschwindigkeit der
Nutwalze hoher als die Fadengeschwindigkeit, so iibt
Y
I
I
I
ZElT T
sie auf den Faden eine Fiirderwirkung aus. Die FadenCIDOPPEIH~B-------~
spannurlg zwischen Nutwalze und Spule wird dadurch
gerfnger. Der umgekehrte Effekt wird erzielt, wenn
35Wmhin FULYESTER dtex 167134 POY
die Nutwalze eine kleinere Umfangsgesrhwindigkeit
als der Faden erhalt.
Abb. 11: Fadenspannungsverlauf iiber den Changierhub
5.5. Einfafhe Bedienung des Spulkopfes
5.3. Konstante Fadenspannung iiber den Cbangierhub
Wird ein Faden in einem ebenen Changierdreieck liings
der Spule hin- und herchangiert, so beobachtet man
iiber dem Changierhub einen bestimmten Fadenspannungsverlauf. der in erster Linie von den geometrischen Verhaltnissen im Changierdreieck, zum
Teil aber auch von der Elastizitat des Fadens und von
der Changiergeschwindigkeit abhiingt.
Einen derartigen Fadenspannungsverlauf when Sie
in Abbildung 11 durch die strichlierte Linie dargestellt. Uber dem Changierhub treten gro5e Fadenspannungsunterschiede auf, die jedoch unerw-t
sind, weil sie zu UngleichmaDikeiten im Faden
ftihren ktinnen. Diese Fadenspannungsschwankungen
konnen stark vermindert werden, indem die Tiefe der
Nut uber die Changierbreite geiindert wird. Danaeh
liegt die Fadenspannung innerhalb der durrhgehend
linierten Kurve der Abbildung. Wenn der Faden iiber
die Mitte der Spule hlnaus nach a d e n lauft,
so muO er normalerweise gedehnt werden, und
die Fadenspannung steigt an. Wir vergro5ern hier
jedoch die Tide der Nut und vermeiden so die starke
Dehnung des Fadens. Umgekehrt f;?Ut die Fadenspannung bei normaler Changierung in dem Moment
zusammen, wenn si& der Fadenfuhrer vom Hubende
zur Mitte hin bewegt. Dieses plotzliche Akiuken der
Fadenspannung kann aber d u d eine ebenso plotnliche
Verringerung der. Nuttiefe ausgeglichen werden.
Abbildung 13 zeigt einen Spulkopf, bei dem die gerade
fertiggestellte Vollspule durch eine Abdriickvorrichtung auf den bereitgestellten Dorn eines Servo-Doffers
aufgeschoben wird. Wahrend dieses Arbeitsganges ist
die Treibwalze mit dem Changiergehause nach oben
in Warteposition gefahren worden. Der Bedienungsmann driickt anschlie5end die Spule mit Hilfe des
Servo-Doffers auf das bereitgestellte Ablagegatter.
steckt die Leerhulse auf das Spannfutter, senkt die
Treibwalze auf die Leerhiilse ab und kann die Faden
neu anlegen.
Ahb. 13: Spulenwecbsel am Spulkopf SW4SSD und Steuerung des Fadenanprelldrudtes
Dazu beniitzt er eineFadenreserveeinrichtung(Abb. 14),
dureh die die Faden vollautomatiscb auf die Hiilse
gelegt werden, die Fadenreserve gebildet und der
Faden an die Changierfadenfiihrer iibergeben wird.
5.6. Jhstellbnrer A n p d d ~ d ~
Abb. 12: Fadenspannungsvenninderung dumb voreilende
Nutwalze
WAhrend der Spulreise wird dann normalerweise ein
gleichbleibender AnpreBdruck der Treibwalze gegen
die Hiilse eingestellt. Dieser wird durch einen Druckentlastungszylinder erreicht, den Abbildung 13 zeigt.
103
LENZINGER BERICHTE
Falge 42
Abb. 14:
Bildung der Fadenreserve auf der Hiilse
Er ist druckluftbeaufschlagt und entlastet die Spule
teilweise vom Gewicht der Treibwalze. I n Sonderfallen
kann durch eine besondere Steuerung der AnpreRdruck wahrend der Anlaufphase und wahrend der
Spulreise verandert werden.
Eine spezielle Vorrichtung zur Feinregelung des Anpreadruckes wurde mit der sogenannten PCC-Einrichtung entwickelt, eine Zusatzeinrichtung, die die Einstellung und Konstanthaltung von besonders niedrigen AnpreRdriicken (von z. B. 12 kg) ermoglicht.
5. 7. Betriebssicherbeit
Einen der am hochsten beanspruchten Bauteile der
Spulkopfe stellt das Spannfutter dar. Bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 6000 m/min, das heiRt
also bei 360 km/h und bei einem Auillendurchmessclder Hulsen von beispielsweise 83 mm, betragt die An-
Janner 1977
fangsdrehzahl des Spannfutters ca. 23.000 U/min. Bei
zunehmendem Spulendurchmesser sinkt zwar die
Drehzahl des Spannfutters, jedoch wirken dann erhebliche Radialkrafte durch das zunehmende Spulengewicht. Um trotz dieser hohen Beanspruchung eine
hohe Standzeit der Kugellager zu gewahrleisten, ist
das Spannfutter weich gelagert, sodaR es wahrend
der gesamten Betriebszeit iiberkritisch lauft.
Die Spannelemente fur die Hiilsen sind selbsttragend,
also explosionssicher, sodaR auch beim Platzen von
Hiilsen bei hochsten Geschwindigkeiten keine Gefahrdung des Bedienungspersonals durch das Spannfutter
entsteht.
Abbildung 15 zeigt eine Gesamtansicht des Spulkopfes,
der sich durch kompakte und robuste Bauweise auszeichnet. Auf einem Spannfutter konnen zwei Spulen
mit je 250mm Hub und 360mm Durchmesser, das
heiRt mit je ca. 24 kg Gewicht, gespult werden.
In Abbildung 16 sehen Sie einen Spulkopf einer einfacheren und billigeren Ausfiihrung. Dieser Spulkopf
ist nur fur Produktionsgeschwindigkeiten bis zu
3000 m/min geeignet, er besitzt keine Nutwalze, also
lediglich eine Fadenfuhrerchangierung, weshalb er
weniger vielseitig einsetzbar ist. Da wegen des Fehlens der Nutwalze die Changierbewegung des Fadens
und damit der Spulenaufbau von geringerer Qualitat
ist als hei den oben beschriebenen Kopfen, muR hier
der AnpreRdruck der Treibwalze besonders niedrig
gehalten werden. Deshalb ist bei dieser Spulkopftype
der Einsatz der PrazisionsanpreRdruckregelung PCC
serienmaillig vorgesehen.
t
" r c
Abb. 15: Spulkopf SW4SLD
104
Abb. 16: Spulkopf SWSS
.
Jänner
LENZINGER
1977
6. Spulköpfe
mit automatischem
Der Vorgang des Spulenwechsels
bei vollautomatischen
Spulköpfen
kann durch einen Film schm~ller und einfacher beschrieben werden als durch Worte. Ich möchte
Ihnen deshalb zum Abschluß meines Vortrags
einen
Kurzfilm
über den Spulenwechsel
bei einem solchen
Spulkopf vori’ühren.
Sie sehen dabei folgende Arbeitsphasen:
2. Nachdem
vorgangs
Vollspule
unten.
Betriebsstellung
in
(das Signal zur Einleitung
des Wechselgegeben wurde, dreht sich die Achse der
im Uhrzeigersinn,
das heißt nach recht,<
3. Gleichzeitig
wird das zweite Spannfutter
mit den
Leerhülsen
nach oben auf die Treibwalze
zubewegt. In dem Augenblick,
in dem Vollspule
und
Leerhülse die Treibwalze
oder Nutwalze
berühren,
wird der Drehvorgang
unterbrochen
und die Leerhülse auf die gewünschte
Umfangsgeschwindigkeit
beschleunigt.
4. Die Fadenübergabe
von der Vollspule auf die Leerhülse wird vorgenommen.
Auf der Leerhülse wird
die Fadenreserve
gebildet
und der Faden an den
Changierfadenführer
abgegeben.
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Folge 42
Normalerweise
steigt bei schnellaufenden
Teilen.
wie zum Beispiel bei Doppelndrahtspindeln, wo viel Luftreibung auftritt, der Energiebedarf etwa mit der Potenz 2.8.
Bei DÖppeldrahtspindelnzwirnt
man oft bei höheren Geschwindigkeiten
teurer als bei niedrigen - nur wegen
des hierfür aufzuwendenden
Energiebedarfs. Daher lag es
nahe, diese Probleme genauer zu betrachten. Glücklicherweise konnten wir feststellen, daß der Energiebedarf beim
Schnellspinnen nur einen ganz untergeordneten
Kostenfaktor darstellt. Die genauen Zahlen darüber habe ich
zwar jetzt nicht hier, ich wurde aber schätzen, daß die
Energiekosten für das Aufsnulen allein - nicht für den
Extruderteil
- kleiner als !I ‘/s sind. Eine Steigerung auf
das Doppelte fällt also prakt:sch nicht ins Gewicht, wenn
man berücksichtigt, da13 man aus der gesamten Anlage
eine viel höhere Produktion herausholt.
Um die Fadenbrüche bei höheren Spinngeschwindigkeiten
in der Hand zu behalten, muß man eventuell ein höherwertiges Polymeres einsetzen Obwohl ich kein Fachmann
auf diesem Gebiet bin -- das ist ein Problem, das eher die
Verfahrenstechniker
berührt -, kann ich sagen, daß man
durch den Einsatz von Mischern oder Mischtorpedos im
Extruder (zur Homogenisierung der Schmelze und zur Verbesserung der Temperaturgleichmäßigkeit)
und vor allem
auch durch den Einsatz von Zentralfiltern
- entweder in
Form von Long-liveoder von Non-stop-Filtern
- eine
beachtliche Verbesserung der Spinnbedingungen
erzielen
konnte. So stellt die Polymerqualität
- meiner Erfahrung
nach - beispielsweise bei Spinngeschwindigkeiten
bis zu
4000 m/min keinen so entsche:denden Faktor dar.
Erfahrungen mit Spinngeschwindigkeiten
bis 6000 m/min
sind natürlich noch-wenig vorhanden, da diese Geschwindigkeiten bisher nur im Piotmaßstab
erreicht werden.
Aber auch hier liegen sehr po;jitive Ergebnisse vor, und ich
erwarte auf diesem Sektor keine erheblichen Schwierigkeiten. Die Fadenbruchzahlen,
die man beim Schnellspinnen erreichen kann - des wissen viele der anwesenden Herren besser als ich --, sind nicht höher als beim
Langsamspinnen.
Bei den Investitionskosten
frir Doffer muß man sich im
Einzelfall
genau überlegen, welcher Doffer an welcher
Stelle der richtige ist. Der positionsintegrierte
Doffer (PID)
eignet sich nur dann, wenn die Spulerdaufzeit sehr kurz
ist, das ist zum Beispiel in Spinnstrecktexturiermaschinen
der Fall, wo die Laufzeit 6 bis höchstens 12 Minuten
beträgt. Hat man es dagegen mit großen Spulen mit glatten
Fäden feinen Titers zu tun und liegt die Laufzeit in der
Größenordnung von 2 Stunden, dann wäre es sicher zweckmäßig, eine andere Art von Doffer zu wählen. Wir bieten
dafiir einen Servo-Doffer an, der dem Bedienungspersonal
zwar das Handhaben
der schweren Spulen erleichtert,
hinsichtlich
Bedienungszeit
,aber praktisch kaum einen
Vorteil bringt. Das Umgehen mit den schweren Spulen
bringt heute schon Probleme mit sich, und in Zukunft wenn die entsprechenden Arbeitsschutzgesetze eingeführt
sein werden - werden es noch mehr sein. Das Handhaben
von Spulen mit 16 kg und mehr Gewicht ist als Dauerbeschäftigung praktisch unzumutbar. Wir müssen also dem
Kunden die-Möglichkeit
geben, die Maschinen genauso
schnell zu bedienen, als hätten sie kleine Spulen, damit
sich die Kosten nicht zu Ungunsten der größeren Spulen
verschieben.
Bauer:
Spulenwechsel
1. Die Vollspule
läuft in normaler
Kontakt
mit der Treibwalze.
BERICHTE
5. Der Revolver dreht sich weiter, sodaß die Vollspule
in die untere Ruhelage kommt, während
die neue
Spule ihre normale Produktionsstellung
einnimmt.
6. Die Vollspule
wird vom Spannfutter
abgeschoben
und für den Bedienungsmann
bereitgelegt.
Dieser
hat lediglich die Leerhülsen
auf den Spulkopf
aufzustecken und die Vollspulenanlage
wieder in Wartestellung zu bringen.
Im Film sehen Sie eine vollautomatische
Einrichtung
für Spulenabtransport
und Leerhülsenzuführung
zum
Spulkopf.
Hier handelt
es sich um das System des
positionsintegrierten
Doffers, das heißt, unter jedem
Spulkopf
ist eine Vorrichtung
zur Abnahme
der Vollspule und zum Aufstecken
der Leerhülse
vorhanden.
Durch eine Transportkette
werden im Takt die Vollspulen weggefahren
und die Leerhülsen
antransportiert. Diese Ausführung
eignet sich besonders
für
Spulmaschinen
mit sehr kurzen Spulenlaufzeiten,
beispielsweise in Spinnstrecktexturiermaschinen.
Diskussion
Wir haben deshalb eine ganze Palette von Doffern entwickelt. sodaß wir für jeden Eiinzelfall den für den Kunden
am besten geeigneten Koffer anbieten können.
Riggert:
Welche Möglichkeiten
bestehen für eine weitere
Steigerung der Geschwindigkeiten?
Es ist natürlich
klar, daß der Wissenschaftler
weiterdenkt
und sich nicht mit dem heutigen Stand der
Technik zufriedengibt. Ich hatte mir auch überlegt, ob ich
nicht über höhere Geschwindigkeiten
sprechen sollte,
wollte mich dann aber doch mehr darauf beschränken,
was heute technisch realisiert werden kann und auch schon
realisiert wird.
Bauer:
Wie groß ist der Energiebedarf
bei diesen hohen
Aufspulgeschwindigkeiten
pro kg oder pro t? Sicher wird
er erheblich höher sein als bei langsamen Geschwindigkeiten, wie beispielsweise bei 1000 oder 1200 m/min.
Wie häufig treten bei diesen hohen Spulstreckgeschwindigkeiten Fadenbrüche auf?
Wie groß ist der Investitionsbedarf?
- Diese automatische
Wechseleinrichtung ist technisch sehr elegant gelöst, kostet
aber sicher sehr viel Geld. Heute, wo man besonders
darauf achten muß, daß die Gestehungskosten
niedrig
bleiben, könnte nämlich die Einsparung von Arbeitskräften
durch die um soviel höheren Investitionskosten
wieder
aufgehoben werden.
Studt:
Natürlich arbeitet man vers&rsweise
bereits mit höheren Geschwindigkeiten,
also mit solchen von 6000 bis
8000 m/min, es gibt meines Wissens aber noch keine spezielle Bezeichnung für diesen Geschwindigkeitsbereich.
Wenn wir heute vom ,,Superschnellspinnen“
sprechen,
müßte man dann vielleicht
vom ,,Ultraschnellspinnen“
sprechen.
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Folge 42
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Die erzielten Ergebnisse sind meines Wissens etwas widersprüchlich, möglicherweise
deshalb, weil es bisher auf
Grund der existierenden Technik noch nicht gelungen ist,
genügend konstante Betriebsbedingungen
zu erreichen, das
heißt, eine Spule über eine oder mehrere Stunden laufen
zu lassen, bis sich beispielsweise das thermische Gleichgewicht in der Gesamtanlage eingestellt hat. Ich persönlich
habe keine große Meinung von Spinngeschwindigkeiten
über 6000 m/min für die Praxis.
Es klang in meinem Referat schon etwas an, daß man
möglicherweise fertige Fäden durch Streckspinnen nur für
Sondereinsatzgebiete
herstellen
wird. Eine universelle
Maschine zur Herstellung von fertigen Fäden sollte meiner
Ansicht nach Galetten haben, damit man durch diese
Galetten und deren Beheizung die Eigenschaften der Fäden
jeweils dem gewünschten Endverbrauchszweck
anpassen
kann. Sonst ist die Maschine zu einseitig.
Riggert:
Sie wiesen mit Recht darauf hin, daß der Gleichmäßigkeit
der Fadenspannung
während des Changierablaufs eine große Bedeutung zukommt. Nun wird aber
ein Unterschied in der Aufspulspannung
dadurch erzeugt,
daß infolge des Changierdreiecks der Weg zwischen Galette
und Fadenführer
verschieden lang ist. Das kann man
jedoch durch verschiedene Nutentiefen wieder ausgleichen.
Zusätzlich wirken aber die Trägheitskräfte
des Fadens im
Umkehrpunkt,
und es gibt kaum eine Möglichkeit, deren
Unterschiede auszugleichen.
Bauer: Ja, das ist richtig - gegen die Trägheitskräfte
kann
man nicht sehr viel tun. Wenn man einen schnell changierenden Faden beobachtet, so führt er eine Art Peitschbewegung, insbesondere im Bereich der Umkehrung, aus.
Man kann versuchen, den Faden etwa durch Anschlagbleche oder ähnliches einzuengen, aber das ruft eine
unerwünschte Reibung hervor, und man hat die Verhältnisse dann schlechter als zuvor. Wir haben aber den Eindruck, daß glücklicherweise diese Trägheitskräfte
für die
Fadenspannungsspitzen
bzw. -Schwankungen im Bereich
der Umkehr oder über dem des Hubes nicht entscheidend
sind.
Ich bedaure, da0 ich nicht das Originaldiagramm
der
Fadenspannungsschwankungen
hier gezeigt habe. Es wird
darin nämlich sichtbar, daß dem Fadenspannungsverlauf
über den Hub tatsächlich noch einzelne Spitzen überlagert
sind, die mindestens teilweise von diesen Trägheitskräften
herrühren.
Mit Hilfe des Uster-Diagramms
kann man in einzelnen
Fällen die Changierperiode
erkennen. Es ist aber beim
Schnellspinnen von Polyester 167 dtex möglich, selbst bei
galettenlosen Spinnmaschinen, die hierin meistens etwas
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BERICHTE
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empfindlicher sind, Uster-Werte von ca. 0,6 bis 0,7 zu erreichen. Das zeigt, daß die jetzt noch vorhandenen Störgrößen nicht sehr gravierend sind.
Pabst: Sie sprachen vorhin beim Film von einem texturierten
Teppichgarn. Sind auch alle Voreinrichtungen
den hohen Geschwindigkeiten,
mit denen man ein derartiges Garn spinn- bzw. streckspinntexturieren
kann.
angepaßt?
Bauer:
Die Entwicklung
der SW4R-Spulköpfe
für vollautomatischen Fadenwechsel geht auf den Kundenwunsch
zurück, speziell für Spinnstrecktexturiermaschinen
von
Teppichgarnen geeignete Aufspulmaschinen
für Geschwindigkeiten im Bereich bis zu ca. 3000 m/min zu erhalten.
Wir haben diesem Wunsch entsprechend zuerst die Spulköpfe und dann komplette Maschinen geliefert, wobei das
Texturieraggregat
für uns eine Blackbox darstellte, da die
Kunden sie selbst entwickelt hatten.
Wir sind dann dazu übergegangen, auch eigene Entwicklungen in Verbindung mit einem Kunden, der uns gewisse
Elemente aus seinen Arbeiten zu übernehmen erlaubte.
zu betreiben. Wir haben diese etwas modifiziert und sind
heute in der L,age, komplette Spinnstrecktexturiermaschinen anzubieten. Diese sind für Polyamid und Polypropylen
im Titerbereich bis zu ca. 2000 dtex (Einzeltiter bei Polypropylen bis zu 30 dtex, bei Nylon bis zu 18 oder 20 dtex)
geeignet. Nach allem, was wir von unseren Kunden hören.
ist die Qualität der Garne sehr gut.
Mit welchem Auslastungsgrad würden Sie bei solchen Anlagen rechnen, bzw. sind die Störungen so, da0
man sie durch den Einbau verschiedener Elemente rasch
beheben kann? Wie hoch schätzen Sie die Instandhaltungskosten’?
Bauer: Man sollte diese Frage unterteilen,
und zwar den
Spinnteil, den Texturierteil
und den Spulteil betreffend.
Am einfachsten läßt sich die Frage beantworten, die sich
auf den Spulteil bezieht. Die Spulwechselsicherheit
von
vollautomatischen
Spulköpfen liegt über 99”/11 - also im
Hinblick darauf ist die Maschine sehr betriebssicher.
Was den Spinnteil anbelangt, so hat man hier mit Unterbrechungen - verursacht durch die beschränkte Düsenstandzeit, die wieder von den Filtern, den Durchsatzmengen, der Polymerqualität
usw. abhängt - zu rechnen.
Gegenüber den Verhältnissen, die heute an einer Spinnanlage herrschen, wird sich hier nicht sehr viel ändern.
Der Texturierteil
ist eigentlich in den seltensten Fällen
-Anlaß zu Störungen. Diese treten bei solch hohen Durchsatzmengen vorzugsweise im Spinnteil
auf, und zwar
lt-egen der begrenzten Lebenszeit von Düsen, Filtern usw.
Pabst: